一次梅雨锋暴雨过程中多尺度能量相互作用的研究II.实际应用

本文利用中国自动站与CMORPH（Climate Prediction Center Morphing technique for the production of global precipitation estimates）融合的逐时降水量0.1°网格数据集资料挑选出一次典型的梅雨锋暴雨个例,运用WRF中小尺度模式进行模拟,对模拟得到的高分辨率结果进行Barnes滤波,最后将滤波结果代入动能和位能方程中,目的是定量地分析各个尺度能量的变化以及它们之间的相互作用对暴雨强度的影响。研究发现:模式模拟的降水过程和强度与实况较为吻合,推导的能量方程适用于这次暴雨过程。三种尺度能量之间的相互作用包含了各种跨尺度能量的相互作用。在整个暴雨过程中,跨尺度之间的斜压能量转换包括位能向动能的能量转换和动能向位能的能量转换。同尺度之间的斜压能量转换总是单向的,且量值较大,动能的强度主要靠位能向动能的能量转换来维持。斜压能量转换的多少影响着暴雨的强弱。大尺度斜压能量转换在中高层比较强,中尺度斜压能量转换在低层较强,尤以β中小尺度系统变化最为显著,β中小尺度系统扰动是影响暴雨强度的关键系统。风切变的大小影响各尺度动能之间的能量转换。温度或位温梯度的大小影响各尺度位能之间的能量转换。位能与动能之间的能量转换主要与各尺度垂直速度和温度的垂直分布有关,暖空气上升冷空气下沉是各个尺度位能向动能转换的主要过程。     

临夏州"010408"强沙尘暴、寒潮天气过程分析

应用常规各时次的高空、地面资料,对2001年4月7～9日临夏州出现的强沙尘暴、寒潮天气过程的影响系统演变进行分析。结果表明,500hPa西风急流轴(≥20m·s-1),从泰梅尔半岛迅速向南扩展,高空锋区随急流持续南压,促使中高纬度地区有效位能和动能增加;在地面,中高纬度强大的冷高压向南发展,与中、低纬度持续性低值区之间产生了很强的气压梯度带。这种高低空系统叠加后,在受灾区附近动力扰动的作用下,出现了这次强沙尘暴、寒潮天气过程。     

南澳大利亚海盆表层涡动能的时空特征研究

基于1993—2019年海面高度异常数据分析了南澳大利亚海盆表层涡动能的时空变化特征。结果表明,表层涡动能在空间上存在两个高值区,分别位于海盆的西部和东部;在季节尺度上表现为南半球的冬季强,秋季弱,最大值出现在7月(57±9 cm²/s²),最小值出现在3月(40±5 cm²/s²)。涡动能在年际尺度上与ENSO呈显著负相关关系,即在厄尔尼诺(拉尼娜)衰退年,涡动能显著减弱(增强),滞后Ni1o3.4指数9个月;与SAM呈显著正相关关系,滞后SAM指数14个月,即在SAM正(负)位相的次年,涡动能显著增强(减弱)。     

2008年1月中国南方低温雨雪冰冻天气的大尺度能量输送

利用NCEP-DOE再分析数据分析了2008年1月26～28日中国南方罕见的低温雨雪冰冻天气的扰动能量的生成以及各种能量之间的转换。在急流中平均动能（Km）先转换成相互作用动能（Ki）然后再转化成扰动动能（Ke）。相互作用动能流是顺急流方向的。位势高度平流和有效位能与扰动动能的转化生成的扰动动能比平均动能转化的要小一个量级。中国中南部扰动有效位能（Ae）的产生主要由平均有效位能（Am）间接提供,其中相互作用有效位能（Ai）流起到了关键作用。生成的扰动有效位能在26日12：00（协调世界时）主要来源于两个地区：一个位于青藏高原,另一个位于中国东北部。随着两个主要源地的向东移动,转化也向东移动。相互作用有效位能流的方向同时存在逆急流方向和顺急流方向。     

热带对流活动对热带内外地区环流季内遥相关变化的作用

基于ＥＣＭＷＦ客观分析资料，本文采用诊断分析的方法研究了１９８３／１９８４和１９８６／１９８７两年冬季季内３０—６０ｄ低频域中热带对流与热带外环流以及低频扰动动能频散之间的关系。结果表明，热带对流强度上的差异可以造成热带内外地区季内遥相关波列以及低频波能频散上的差别。热带对流作用可以是联系热带内外地区季内遥相关作用的一个重要的衔接因子。     

Governing Equations of Atmospheric Layer Perturbation Potential Energy and Its Applications-Energy Budget of the South China Sea Summer Monsoon Activity

针对局地环流能量转换问题,本文推导了分层扰动位能一阶矩(LPPE1)和动能(KE)的控制方程,分析了方程中各能量项的空间分布和季节变化特征,并以南海夏季风为例,诊断了夏季风活动各相位的能量收支特征.结果表明,850 hPa高度上在赤道辐合带、大部分季风区、风暴轴地区是LPPE1的源区,副热带的大洋东部和高纬度地区是LPPE1的汇区,强源、汇的中心与LPPE1的纬向偏差场的脊、槽分布对应较好.LPPE1向KE的转化项(CK)取决于垂直速度和大气稳定度,是连接KE和LPPE1的纽带,在暖(冷)空气上升(下沉)时,转化项为正,LPPE1向KE转化能量,反之KE转化为LPPE1.在850 hPa高度上CK的分布特征是在赤道辐合带以及大部分季风区有大值分布,北半球风暴轴和南半球西风带有连续分布的正值区.将这应用到南海夏季风活动的能量收支,在南海夏季风恢复相位,CK增大,在南海夏季风活跃相位,CK达到最大,且为边界输入能量的2～3倍,CK是南海夏季风恢复、活跃的最重要因素.探讨了南海夏季风活跃的条件,当LPPE1等于南海季风区的夏季气候平均值时,上升速度大于临界速度的情形,有利于南海夏季风由中断相位向活跃相位的转变.     

Eddy kinetic energy study of the snowstorm over Southern China in January 2008

The energetics of the third stage of a snowstorm over China was analyzed using ECWMF data.The analysis of the energy budget for the Middle East trough and the western Pacific trough that developed toward China on 25-28 January 2008 showed the advection of the geopotential by the ageostrophic wind to be both a crucial source and the primary sink of the eddy kinetic energy centers associated with the troughs.The magnitudes of the energy conversion terms,interaction kinetic energy conversion and baroclinic conversion,were too small to explain the development of the energy centers and the jet streaks.The energy centers gained energy at their entrance regions via the convergence of the ageostrophic geopotential fluxes,and then lost energy at their exit regions by the same fluxes.At the entrance regions,the fluxes converged,increasing the geopotential gradient,which generated a stronger geostrophic wind and higher kinetic energy,resulting in an ascending motion in this area.When the troughs moved to China,the ascending motion caused by the convergence of the fluxes at entrance region intensified the snowstorms over central and southern China.     

基于频谱分析的水体波浪—紊动流速分离方法

根据波浪影响下水质点运动速度的频谱分布特征,本文提出了一种用于分离水体波浪轨道流速与紊动流速的分离方法.该方法仅需通过一台流速仪对水体瞬时流速进行高频测量,便可对水体波浪—紊动流速进行分离,实现受波浪影响水体的紊动分析.通过验证,频谱分析法不仅能够用于实验室中规则波浪条件下水体波浪—紊动流速的分离,还能够对野外不规则波...     

西南太平洋海域涡动能时空变异特征

【目的】西南太平洋中尺度涡旋过程十分活跃,其涡动能占据海洋中绝大部分能量,本研究探究该海域涡动能时空变异的调控机制。【方法】从原始能量方程出发,基于1991―2017年ECCO2数据和1993―2018年SLA数据进行涡动能（EKE）时空变异分析,包括EKE的季节变化分析和年际变化分析。【结果和结论】季节变化分析中,发现该海域EKE水平分布在12―3月份呈现低值、垂向影响深度较浅,而6―8月份的水平分布呈现高值、垂向影响深度较深。将西南太平洋EKE高值区域划分为3个区域,即A区域（150°―160°E/28°―36°S）,B区域（150°―160°E/28°―32°S）与C区域（150°―160°E/32°―36°S）。从能量方程出发,对于EKE和正压转换、斜压转换以及对风应力做功进行相关分析。基于EKE季节变异与影响因素的超前-滞后的相关性分析,发现BT是EKE季节变化的主要调控因子,其中,A、C区域分别有0.70和0.58的相关度滞后BT 1个月,B区域有0.53相关度与BT同期变化。针对EKE的年际变化,进行Nino3.4指数、南半球环状模指数以及水平流速垂向剪切信号与EKE年际...     

A case study of a Kuroshio main path cut-off event and impacts on the South China Sea in fall-winter 2013–2014

This study examines a Kuroshio main path(KMP) cut-off event east of Taiwan Island occurred in fall-winter2013–2014 and its impacts on the South China Sea(SCS) by analyzing satellite altimetry and mooring observations. Satellite altimeter sea level anomaly(SLA) images reveal a complete process that a huge cyclonic eddy(CE) from the Pacific collided with the Kuroshio and the western boundary from 15 October 2013 to 15 January 2014. Mooring observations evidenced that the Kuroshio upper ocean volume transport was cut off more than 82% from 17×106 m~3/s in September to 3×106 m~3/s in November 2013. The KMP cut-off event caused the Kuroshio branching and intruding into the SCS and strengthened the eddy kinetic energy in the northern SCS west of the Luzon Strait. Using the total momentum as a dynamic criterion to determine the role of eddy collision with the Kuroshio reasonably explains the KMP cut-off event.